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跨器官代谢图谱揭示西方饮食扰乱代谢平衡致心血管病,AG百家乐助力健康生活。

来源:方超蓓 日期:2025-07-31

哺乳动物的生物系统如同一个精密的网络,各个器官通过相互协调调节循环代谢物的生成和消耗,以维持生命的稳态。器官之间通过代谢物进行动态交流,当关键代谢物如葡萄糖和胆固醇的平衡被打破时,可能会导致心脏代谢疾病(CMD),并影响多个器官的功能。然而,致病因素(例如西方饮食或慢性高胆固醇血症)如何干扰这一复杂的代谢网络,最终促进CMD,依然是一个待解的难题。

跨器官代谢图谱揭示西方饮食扰乱代谢平衡致心血管病,AG百家乐助力健康生活。

在CMD研究过程中,传统组学技术虽然提供了宝贵的静态分子图谱,但却难以捕捉器官代谢活动的动态过程。近年来,随着质谱技术的重大突破,动静脉(AV)代谢梯度(代谢组学)分析逐渐成为破解此局限的重要方法,通过计算动静脉浓度差,可以直接量化器官的代谢物净产出(Δ0)或消耗(Δ<0)。这一技术有望成为解析器官代谢活动的关键工具。

基于此,2025年5月,加州大学Cholsoon Jang研究团队在《Cell》上发表了题为“Cross-organ metabolite production and consumption in healthy and atherogenic conditions”的研究论文。研究团队通过对LDLR(低密度脂蛋白受体)缺陷猪模型进行多器官AV代谢组学分析,系统地解析了不同饮食和病理条件下的全局代谢物的产生与消耗图谱。此外,该研究首次揭示了西方饮食诱导肝外器官异常释放胆汁酸的现象,并发现这种现象在LDLR缺陷猪中显著加剧,为深入理解CMD的病理机制提供了新的关键线索。

技术路线图

研究结果显示,禁食和喂养对器官代谢的基本影响。通过动静脉(AV)代谢组学分析,研究者追踪了10个器官在4个时间点(禁食及喂养后30、60、120分钟)中的1305种循环代谢物,其中217种在特定器官或时间点出现了显著的转运差异。进一步分析表明,540个代谢事件与食物摄入无关,例如肠道持续释放丙氨酸和肾脏摄取氨基酸,主要集中在腹腔内脏器官。而958个事件则依赖于喂养,例如腿部肌肉在餐后对葡萄糖的摄取,肾脏和皮肤对此最为敏感,提示了餐后组织重塑的代谢需求。

西方饮食(HFHS)对代谢网络的系统性抑制是另一个研究重点。研究发现,2周HFHS饮食诱导下,猪的体重、胰岛素水平及HOMA-IR显著升高,动脉血脂质及胆汁酸水平异常。然而,空腹血糖和呼吸频率等无显著变化。AV梯度测量显示,相比于正常饮食组(Ct),HFHS组中1368种代谢物的器官生产与消耗普遍减弱,喂养依赖性事件数量减少。例如,赫尔斯组腿部肌肉的餐后葡萄糖摄取明显减弱,反映出胰岛素抵抗导致的摄取障碍。

关于代谢物生产位点的重分配与调控机制,研究者通过统计分析确定每种代谢物的主要释放或吸收器官,并描绘循环代谢物的主要来源与目标的器官图谱。AV数据显示,HFHS饮食显著改变了代谢物的转运模式。例如,瓜氨酸在Ct组中主要由肠道生产,而HFHS组则转向肝脏。小鼠的[U-13C]谷氨酰胺代谢流结果进一步验证了这种转变,伴随着体重增加和胰岛素抵抗等表现的改变。

在机制探讨方面,研究者揭示了HFHS饮食通过双重机制破坏器官的代谢调控。被动运输是由浓度梯度介导的物质运输,但在HFHS组中,相关性普遍减弱,伴随转录组分析表明相应代谢物的转运蛋白表达异常。主动运输则是逆浓度梯度的物质运输,受到激素的调节,例如细胞在胰岛素诱导下主动摄取葡萄糖。而在HFHS组中,胰岛素水平与腿部和皮肤的葡萄糖摄取强相关的情况消失。

尽管HFHS饮食普遍抑制器官的代谢物生成与消耗,研究者发现酰基肉碱和胆汁酸等胆固醇衍生物的生成却显著增强。在Ct组中,胆汁酸的释放与摄取符合经典的肝肠循环模式,而在HFHS组中,心脏、肺等多器官异常向体循环释放胆汁酸,导致系统血中胆汁酸水平升高。综合分析发现,HFHS组相比于Ct组,BA合成酶表达上调,胆固醇向胆汁酸的转化增强,可能是为应对循环胆固醇升高的代偿机制。

研究最终显示,在当前临床实践中,CMD患者循环胆汁酸水平升高通常归因于肝脏来源,而其他器官的潜在贡献未得到充分关注。利用LDLR缺陷(LDLRKO)猪模型,结合高脂高糖饮食干预,成功模拟了人类代谢性心肌病的关键病理特征。结果表明,LDLRKO组中的多器官胆汁酸分泌现象显著增加,为未来深入研究CMD的复杂机制奠定了基础。

总结

本研究采用动静脉代谢组学、组织转录组学及多激素检测平台,系统解析了猪在禁食/进食状态、西式饮食诱导及LDLR缺陷相关心血管疾病进展过程中的跨器官代谢动态。研究揭示了多器官在进食状态下特异性的代谢物交换模式,西式饮食通过重塑代谢物浓度梯度及干扰FGF19/FGF21-FXR信号轴,从而破坏器官间的代谢协同。最终,LDLR缺陷与西式饮食共同引导肝外器官的胆汁酸异常分泌,并通过激活炎症通路加剧动脉粥样硬化。

在此背景下,借助AG百家乐的创新技术和专业知识,我们期待为饮食与遗传交互作用驱动心脏代谢疾病的机制研究提供更多系统性资源,推动生物医疗领域的不断发展。

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